(57)【要約】  【課題】より大きい電流注入開口と、より高いシングルモード出力光パワーを提供する改良されたシングルモード垂直共振器表面発光レーザー及びその製造方法を提供する。  【解決手段】シングルモード・レーザー光を発生する垂直共振器表面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）〔１０〕は、発光面〔３０〕と、モノリシック長手方向スタック構造体とを具える。スタック構造体は、作動波長光に対して光反射率Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ有する第１及び第２のミラー〔１４、１６〕を有し、Ｒ１及びＲ２の一方は９９．９％よりも大きく、他方は９９．７％よりも小さくされる。第１及び第２のミラー〔１４、１６〕間には、活性光生成領域〔１９〕及び空洞延長領域〔２６〕を有する空洞領域〔１２〕が形成される。スタック構造体は、イオン注入された電流閉じ込め領域〔２８〕を更に有し、ピーク注入濃度部が、空洞領域〔１２〕から長手方向に０．５μｍよりも長い距離だけ離間する。【選択図】図１
2005129960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある作動波長のシングルモード・レーザー光を生じるように作動する垂直共振器表面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）であって、発光面と、そしてモノリシック長手方向スタック構造体とを具備し、前記モノリシック長手方向スタック構造体が、前記作動波長にある光に対する光反射率Ｒ１を持つ第１のミラーと、前記作動波長にある光に対する光反射率Ｒ２を持つ第２のミラーで、前記Ｒ１及びＲ２が、一方が９９．９％よりも大きく、他方が９９．７％よりも小さい異なる値をそれぞれに持つことを特徴とする第２のミラーと、そして前記第１のミラー及び前記第２のミラーの間に配置され、活性光生成領域及び空洞延長領域を有する空洞領域とを備え、前記長手方向スタック構造体が、更にイオン注入された電流閉じ込め領域を有し、前記電流閉じ込め領域の長手方向ピーク注入濃度部が、前記空洞領域から長手方向に０．５μｍよりも長い距離、離間していることを特徴とする垂直共振器表面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）。
【請求項２】
前記発光面上に配置され、開口を画定する金属接触を更に具備し、前記イオン注入された電流閉じ込め領域が前記金属接触による前記開口よりも大きい電流注入開口を画定するものであることを特徴とする請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項３】
前記空洞延長領域が、前記作動周波数の２倍よりも大きい長手方向の光学的厚さを持っていることを特徴とする請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項４】
前記空洞延長領域の前記長手方向の光学的厚さが、前記作動周波数の約２０倍よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項５】
前記第１及び第２のミラーの各々が、前記作動波長の４分の１に実質的に等しい長手方向の光学的厚さを持つ、異なる屈折率を持つ材料の層を交互に配したスタックを個々に含んでおり、前記空洞延長領域を除く前記空洞領域が、前記作動波長に実質的に等しい長手方向の光学的厚さを持っていることを特徴とする請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項６】
前記空洞延長領域が前記第１及び第２のミラーの前記交互の層のうちの１つに隣接していることを特徴とする請求項６に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項７】
前記空洞延長領域が前記作動波長の２分の１の整数倍に実質的に等しい長手方向の光学的厚さを持っていることを特徴とする請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項８】
前記空洞延長領域が前記第２のミラーに隣接して設けられており、前記第２のミラー・スタックの前記異なる屈折率を持つ材料の１つと同じ組成を持つものであることを特徴とする請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項９】
前記イオン注入された電流閉じ込め領域が、長手方向の散在部（ΔＺｓ）により特性付けられるものであり、そして前記長手方向ピーク注入濃度部が、前記空洞領域から前記長手方向の散在部（ΔＺｓ）の３倍よりも長い長手方向距離、離間していることを特徴とする請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【請求項１０】
垂直共振器表面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を製造する為の方法において、第１の発光面とモノリシック長手方向スタック構造体を形成するステップであって、前記モノリシック長手方向構造体が、前記作動波長にある光に対する光反射率Ｒ１を持つ第１のミラーと、前記作動波長にある光に対する光反射率Ｒ２を持つ第２のミラーで、前記Ｒ１及びＲ２が、一方が９９．９％よりも大きく、他方が９９．７％よりも小さいそれぞれの異なる値を持つことを特徴とする第２のミラーと、前記第１のミラー及び前記第２のミラーの間に配置され、活性光生成領域及び空洞延長領域を有する空洞領域とを備えるステップと、前記空洞領域から０．５μｍよりも長い長手方向距離、離間した長手方向ピーク注入濃度部分により特性付けられる電流閉じ込め領域へとイオン注入するステップとを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
ＶＣＳＥＬとは、金属材料層、誘電材料層又はエピタキシャル成長させた半導体材料層から成る一対の高反射性ミラー・スタックの間に光学活性半導体領域を挟んで形成したレーザー素子である。一般に、ミラー・スタックの一方は、他方よりも低反射となるように作られており、ミラー・スタック間に形成された共振空洞中で作られるコヒーレント光の一部が望ましくは素子の一側面から放射されるようになっている。通常、ＶＣＳＥＬは、共振空洞の上面又は底面から、相対的に小さいビーム広がり角でレーザー光を放出する。ＶＣＳＥＬは単一、一次元、又は二次元アレイとして構成し、ウエハ上で試験し、そして光ファイバケーブルへと接続することが出来る光学送受信機モジュールへと容易に組み込むことが出来る。
【０００２】
一般に、ＶＣＳＥＬは利得導波型ＶＣＳＥＬ又は屈折率導波型ＶＣＳＥＬとして特徴付けることが出来る。注入型ＶＣＳＥＬは、最も一般的な利得導波型ＶＣＳＥＬである。注入型ＶＣＳＥＬは、電流を閉じ込め、寄生容量を低減する為に１つ以上の高抵抗注入領域を含んでいる。一方、酸化型ＶＣＳＥＬは最も一般的な横方向屈折率導波型のＶＣＳＥＬである。酸化型ＶＣＳＥＬは、電流及び光の両方を閉じ込める為に酸化層を（可能性としては注入領域も）含んでいる。
【０００３】
ＶＣＳＥＬ及びＶＣＳＥＬアレイは、異なる様々な波長（６５０ｎｍ、８５０ｎｍ、９８０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ等）におけるシングルモード及びマルチモード用にうまく作動するものが開発されてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、シングルモードＶＣＳＥＬは、他の性能仕様に準拠しつつ所定の動作条件範囲においてシングルモード挙動を示すものであることが望ましい。通常はＶＣＳＥＬが生成するシングルモード光パワーを増大させることが望ましい。更に、ＶＣＳＥＬの直列抵抗とＶＣＳＥＬが生じる出力光線の開きを低減することも望ましい。また、静電気（ＥＳＤ）によるダメージを受けにくいＶＣＳＥＬとすることも望ましい。従来手法の一部においては、高い直列抵抗と低いＥＳＤ閾値により小さい電流注入径となっていた。
【０００５】
ＶＣＳＥＬから高出力パワーを得るには、高い注入電流が必要となる。しかしながら、高注入電流は、ＶＣＳＥＬの横モードとＶＣＳＥＬの導波構造体中における電流により誘発された屈折率変化との相互作用から生じる周知のビームステアリング効果により出力光線が拡散してしまう原因となる。低注入電流の場合、ＶＣＳＥＬは一般に基本（例えば最低位）の横モードで作動し、導波構造体の屈折率は実質的に一定に維持されるのである。しかしながら、より高い注入電流であると、オーム加熱及び空間的ホールバーニング現象により、モード構造は不安定となる。これらの変化により、より高次の横モードがより大きい広がり角で伝播されることになり、これによりＶＣＳＥＬと、ＶＣＳＥＬからの光を伝える為にＶＣＳＥＬに接続する光ファイバとの間の結合効率が悪くなってしまうのである。注入型ＶＣＳＥＬの場合、異なるレーザーモードの混合が、ＶＣＳＥＬへの注入電流の関数としてプロットされた光パワーのグラフ（しばしばＬ−Ｉ曲線と呼ばれる）における乱れとして検出される。
【０００６】
ＶＣＳＥＬの電流注入開口の大きさは、素子の出力光パワーを増大させるために大きくされて来た。更に大きい電流注入開口により、ＶＣＳＥＬの直列抵抗も小さくなる。しかしながらより大きい電流注入開口は、より高次のレーザーモードが伝播され、基本モードと混合してしまう可能性を高めるものである。より高次のレーザーモードを支持する為にＶＣＳＥＬの導波空洞に延長空洞構造及び反導波構造が導入されている。このような構造の導入は、しばしば複雑さを増大させ、ＶＣＳＥＬ製造プロセスの信頼性を低下させるものである。
【０００７】
従って、本発明は、より大きい電流注入開口（そして結果的により小さい静電放電閾値及びより低い直列抵抗）と、より高いシングルモード出力光パワーを提供する改良されたシングルモード垂直共振器表面発光レーザー及びその製造方法を提供することをその目的とする。  
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、シングルモード垂直共振器表面発光レーザー及びその製造方法に関する。本発明の一態様においては、垂直共振器表面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）は、作動波長のシングルモード・レーザー光を発生するように作動するものである。ＶＣＳＥＬは発光面とモノリシック長手方向スタック構造体を含む。長手方向スタック構造体は、第１のミラー、第２のミラー及び空洞領域を含む。第１のミラーは作動波長の光に対する光反射率Ｒ１を持っている。第２のミラーは、作動波長の光に対する反射率Ｒ２を持つものであるが、Ｒ１とＲ２はそれぞれが異なる値を持っており、一方が９９．９％よりも大きく、他方が９９．７％よりも小さい。空洞領域は第１のミラーと第２のミラーの間に設けられており、活性光生成領域と空洞延長領域を含んでいる。長手方向スタック構造体は更に長手方向ピーク注入濃度により特性付けられるイオン注入電流閉じ込め領域を含んでおり、これは空洞領域から長手方向に０．５マイクロメートルよりも長い距離離れている。
【０００９】
本発明はまた、上述したＶＣＳＥＬを用いたＶＣＳＥＬアレイ及び上述したＶＣＳＥＬの製造方法をも含むものである。
【００１０】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図及び請求項を含む以下の説明から明らかとなる。
【００１１】
以下の説明においては、同様の符号が同様の要素を示す為に用いられている。更に、図は、実施例の主要な特徴を概略的に示すことを意図したものである。図は、実際の実施例の全ての特徴を描くことを意図したものでも、描かれた要素の相対的寸法を示すことを意図したものではなく、実際の寸法に描かれたものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
Ｉ．ＶＣＳＥＬ構造の概要
図１は、ある作動波長（例えば６５０ｎｍ、８５０ｎｍ、９８０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ）にあるシングルモードのレーザー光を生じるように作動するプレーナ利得導波型ＶＣＳＥＬ１０の一実施例を示すものである。本願において使用した場合、「シングルモード・レーザー光」と言った場合、サイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）が３０ｄＢよりも大きい単一の優勢強度ピークを持つ波長スペクトルにより特徴付けられるＶＣＳＥＬ１０の出力光を指すものである。本願においてはこの単一の優勢強度ピークの波長を「作動波長」と呼ぶものである。
【００１３】
ＶＣＳＥＬ１０は、第１のミラー１４及び第２のミラー１６の間に挟まれた空洞領域１２を含む、長手方向（Ｚ）に伸びるモノリシック・スタック構造体を持つ。モノリシック・スタック構造体は基板１８上に形成されている。基板１８とモノリシック・スタック構造体との間には、オプションで緩衝層１７を設けても良い。第１及び第２のミラー１４、１６は、高い伝導率により特徴付けられる材料の層から形成することが出来る。空洞領域１２は活性光生成領域１９と空洞延長領域２６を含んでいる。活性領域１９は１つ以上の活性層２０を含んでおり、これには例えば、一対の障壁層２２、２４の間に挟まれた１つ以上の量子井戸または１つ以上の量子ドットが含まれる。環状のイオン注入電流閉じ込め領域２８はＶＣＳＥＬ１０の発光面３０と空洞領域１２の間に配置されている。電流閉じ込め領域２８は、第１のミラー１４の層中に注入されたイオン（例えば陽子）により損傷を受けた材料の環状領域に対応する。注入されたイオンにより生じたダメージは、注入されたミラー材料を電気抵抗の高い材料へと変換する。電流閉じ込め領域２８は、イオン注入されておらず（そして結果的に実質的ダメージを受けていない）、実質的に元の高い導電性を維持するミラー材料から形成される電流注入開口３２の周囲を囲んでいる。一部の実施例においては、電流注入開口３２の直径は、自由空間における作動波長の約１５倍である。
【００１４】
第１の環状電気接触３４は発光面３０上に形成される。第２の電気接触３６はＶＣＳＥＬ１０の反対側に配置されている。第１及び第２の電気接触３４、３６は、好適な駆動回路によるＶＣＳＥＬ１０の駆動を可能とするものである。作動においては、動作電圧が電気接触３４、３６へと印加され、ＶＣＳＥＬ１０中に電流が生じる。一般に、電流はＶＣＳＥＬ構造体の中心領域を流れ、レーザーは空洞領域１２の中心部分に生じる。第１のミラー・スタック１４中にあるイオン注入された領域２８により囲まれた注入口３２は、電荷キャリアをＶＣＳＥＬ構造体の中心領域へと横方向に閉じ込める。キャリアの閉じ込めは閉じ込め領域２８の相対的に高い電気抵抗から得られるものであり、これにより電流が優先的に中心に位置する注入口３２を通じて流れることになる。横方向のキャリア閉じ込めにより、活性領域中の電荷キャリア濃度が増大し、この結果活性領域における光の生成効率が上がるのである。電気接触３４は光学損失誘導機構として作動するものであり、これにより電気接触３４中の開口がＶＣＳＥＬ１０から放射されるレーザー光の広がり角を決めるものと考えられている。一部の実施例においては、電気接触３４の開口径はイオン注入された電流注入開口３２の径よりも小さい。
【００１５】
図示した実施例においては、第１及び第２のミラー１４、１６の各々は、異なる屈折率を持つ材料の交互の層から成り、所定の作動レーザー波長（例えば６５０ｎｍ〜１６５０ｎｍ範囲の波長）向けに設計された分布ブラグ反射器（ＤＢＲ）を形成する構造を含む。例えば、第１及び第２のミラー・スタック１４、１６は、高アルミニウム含有率のＡｌＧａＡｓと低アルミニウム含有率のＡｌＧａＡｓの交互の層から形成することが出来る。第１及び第２のミラー・スタック１４、１６の層は、作動レーザー波長の約４分の１である有効光学的厚み（例えば層厚を層の屈折率で乗じたもの）を持っていることが望ましい。基板１８はＧａＡｓ、ＩｎＰ、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）又はＩｎＧａＡｓから形成することが出来、また、これはドーピングされていなくても、ｎ型に（例えばＳｉで）ドーピングされていても、ｐ型に（例えばＺｎで）ドーピングされていても良い。発光面３０の最も近くに位置するミラーは、他方のミラーよりも反射率が低く設定されており、これにより空洞領域１２中で発生するコヒーレント光の一部が発光面３０から選択的に放射されることになる。
【００１６】
本願で説明する実施例においては、第１及び第２のミラー１４、１６はレーザー光がＶＣＳＥＬ１０の上面から放射されることになるように設計されたものである。他の実施例においては、ミラー・スタック１４、１６はレーザー光が基板１８の底面から放射されるように設計することも出来る。
【００１７】
第１及び第２の障壁層２２、２４は、活性層の材料組成に基づいて選択された材料で形成することが出来る。一部の実施例においては、活性層２０及び障壁層２２、２４は相互に組成の異なるＡｌＩｎＧａＡｓ（例えばＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ及びＩｎＧａＡｓ）、ＩｎＧａＡｓＰ（例えばＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ及びＧａＰ）、ＧａＡｓＳｂ（例えばＧａＡｓＳｂ、ＧａＡｓ及びＧａＳｂ）、ＩｎｇａＡｓＮ（例えばＩｎＧａＡｓＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＮ及びＧａＮ）、又はＡｌＩｎＧａＡｓＰ（例えばＡｌＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ及びＧａＰ）から形成することが出来る。他の量子井戸層構成も同様に使用することが出来る。空洞延長領域２６は作動波長にある光に対して実質的に透明な材料から形成することが出来、これはＶＣＳＥＬ１０の他の層とモノリシックに形成することが出来る。一部の実施例においては、空洞延長領域２６は第１及び第２のミラー１４、１６の構成層の１つの形成に使用したものと同じ材料から形成されている。
【００１８】
一部の実施例においては、活性領域１９はＶＣＳＥＬ１０の作動波長と実質的に等しい光学的厚さを持っている。これらの例においては、空洞延長領域２６の長手方向（Ｚ）における光学的厚さがＶＣＳＥＬ１０の作動波長の２分の１の整数倍に実質的に等しい。
【００１９】
ＶＣＳＥＬ１０は、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）や分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の従来のエピタキシャル成長プロセスにより形成することが出来る。
【００２０】
以下に詳細を説明するように、ＶＣＳＥＬ１０の様々な特徴は、実際のＶＣＳＥＬ１０が相対的に高いシングルモード出力光学パワー（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｏｗｅr）と、相対的に低い直列抵抗と、相対的にスムーズな（歪んでいない）Ｌ−Ｉ曲線により特徴付けられることになるように選択されるものである。具体的には、イオン注入領域２８と空洞領域１２の離間距離、発光ミラー（例えば図１の実施例における第１のミラー１４）の反射率、及び空洞延長領域２６の光学的厚さを、協調的に作用させることで、製造上の複雑性を低減し、製造信頼性を向上させたデバイスによりＶＣＳＥＬに改善されたパフォーマンスを得るということである。
【００２１】
注入深度
注入領域の深度を浅くすること（例えばイオン注入領域２８と空洞領域１２の離間距離を大きくすること）により、順方向リーク電流（例えば光の生成に使用されなかった順方向注入電流の一部）が増大し、これによりレーザー発生電流レベル閾値が増大する。しかしながらこのようなＶＣＳＥＬから得られるＬ−Ｉ曲線は、乱れが少ないことが確認されている。これは、高電流レベルにおける順方向注入電流のより良好な制御から得られる結果だと思われる。注入領域の深度を浅くすることもまた、空洞１２における電流均一性を改善し、電流集中を低減し、熱レンズ効果を低下させ、注入によるダメージが活性領域２０へと伸びてデバイス性能に悪影響を与える可能性を低減することに繋がる。
【００２２】
図１及び図２を見るが、イオン注入領域を発光面３０と空洞領域１２の間において、長手方向ピーク注入濃度（Ｃｐ）が空洞領域１２から長手方向距離ΔＺｐ（０．５μｍよりも大きい距離）離間した位置に配置することにより、改善されたＶＣＳＥＬパフォーマンスが得られる。
【００２３】
一部の実施例においては、イオン注入領域は、発光面３０及び空洞領域１２間の、長手方向ピーク注入濃度（Ｃｐ）が空洞領域１２から、イオン注入領域２８の散在部（straggle;ΔＺｓ）の３倍よりも長い距離である長手方向距離ΔＺｐ、離間する位置に配置されている。長手方向の散在部（ΔＺｓ）は横方向（Ｘ−Ｙ平面において）ピーク面積イオン濃度付近に注入されたイオンの面積濃度における標準偏差である。ある定式化においては、横方向の散在部は、式１を用いて計算することが出来る。
【００２４】
【数１】
2005129960.tif 000003
【００２５】
Ｃ（Ｚ）は注入イオンの横方向面積濃度（イオン／単位面積）であり、φは式２から得られるイオン注入量である。
【００２６】
【数２】
2005129960.tif 000004
【００２７】
発光ミラー反射率
発光ミラーの反射率を低減すると、順方向リーク電流が増大し、レーザー発生電流レベル閾値が大きくなることでＶＣＳＥＬ１０の発光効率が低下する。しかしながら、上述したように、リーク電流を増大させることによりレーザー発生電流レベル閾値を高くした場合、ＶＣＳＥＬのＬ−Ｉ曲線の特性が改善されることがわかっている。加えて、このように発光ミラーの反射率を低減させることで、シングルモード出力光パワーが増大することも観測されている。
【００２８】
ＶＣＳＥＬの改善性能は、発光ミラー（例えばＶＣＳＥＬ１０の第１のミラー１４）の作動波長の光に対する反射率が望ましくは９９．０〜９９．９％の範囲、より望ましくは９９．３〜９９．７％の範囲となるように構成し、非発光ミラー（例えばＶＣＳＥＬ１０の第２のミラー１６）の作動波長光に対する反射率が９９．９％よりも大きくなるように構成することにより得ることが出来る。
【００２９】
延長空洞領域の厚さ
ＶＣＳＥＬの改善性能は、空洞延長領域２６の長手方向（Ｚ）の厚さを作動波長の２倍よりも大きくすることにより得ることが出来る。一部の実施例においては、空洞延長領域の光学的な厚さは、作動波長の約２０倍未満となっている。
【００３０】
図３に示したように、一部の実施例においては、空洞延長領域は第１のミラー１４に隣接する第１の部分４２と、第２のミラー１６に隣接する第２の部分４４を含む。他の点については、空洞延長領域４２、４４は、図１のＶＣＳＥＬ実施例における空洞延長領域２６と同じである。
【００３１】
ＩＩ．ＶＣＳＥＬ１０の実施例
ＶＣＳＥＬ１０の一部の実施例においては、活性領域１９は実質的に作動周波数に等しい長手方向における光学的厚さを持っており、空洞延長領域２６は作動波長の２倍から１６倍の範囲において、作動波長の２分の１の整数倍に実質的に等しい長手方向の光学的厚さを持っている。第１のミラー１４はｐ型にドーピングされた２１対のミラー層対を持つＤＢＲミラー・スタックであり、第２のミラー１６はｎ型にドーピングされた４０対のミラー層対を持つＤＢＲミラー・スタックである。レーザー波長は７８０ｎｍ〜８５０ｎｍの間であり、公称目標波長は８４０ｎｍである。ＤＢＲミラー１４、１６は、それぞれ公称値がＡｌ０．２Ｇａ０．８Ａｓ及びＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓである４分の１波長スタックから構成される。良好な接触と電流の拡散を得る為に高濃度にドーピングされた接触層と電流スプレッダが第１のｐ型ＤＢＲミラー１４上に設けられる。
【００３２】
注入開口３２の直径は１２μｍ未満であることが望ましい。ｐ型電気接触３４により画定される開口の直径は、１０μｍ未満であることが望ましい。注入開口の直径を約１０μｍとした実施例においては、ｐ型電気接触により画定される開口の径は約６μｍである。ｎ型電気接触３４は基板１８上に設けられる。陽子を注入して電流閉じ込め領域２８を形成する際の注入エネルギーは１９０ｋｅＶである。これとは別に、注入による横方向のリーク電流を制限する為に深いイオン注入（ｄｅｅｐ  ｉｍｐｌａｎｔ；直径２５μｍ）が用いられる。
【００３３】
延長空洞の長さ応じ、ＤＣ（直流）オペレーション（例えばサイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）が３０ｄＢよりも大きい）におけるシングルモードのレーザー放射は高いバイアス電流に達する。例えば、厚さが作動波長の１０．５倍で第２のｎ型ミラー・スタック１６の第１の層に対応する材料から形成される空洞延長領域２６を持つＶＣＳＥＬの場合、動作バイアスが約９ｍＡ及び２．５Ｖにおいてモード切り替え無しで２．５ｍＷよりも高いシングルモード光出力が観測されている。
【００３４】
図４は、ＶＣＳＥＬ１０の異なる実施例について、光の光学パワー（ＬＯＰ）と電圧（Ｖ）を順方向注入電流の関数として示したグラフである。図５は、サイドモード抑圧比を図１のＶＣＳＥＬ実施例へのバイアス電流の関数として示したグラフである。
【００３５】
ＩＩＩ．結論
まとめると、本願に説明した実施例は、シングルモード出力光パワーのパフォーマンスを改善するように構成された一連の特徴を備えたシングルモード垂直共振器表面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）に関するものである。この特徴の組み合わせにより、意図的な高リーク電流の電流均一性が間違いなく改善され、より低い発光ミラー反射率がレーザー放射電流閾値を排除し、より高いシングルモード出力パワーを持つＶＣＳＥＬが作られるのである。これにより、より大きい電流注入開口（そして結果的により小さい静電放電閾値及びより低い直列抵抗）と、より高いシングルモード出力光パワーが形成されるのである。
【００３６】
上述の実施形態に即して本発明を説明すると、本発明は、ある作動波長のシングルモード・レーザー光を生じるように作動する垂直共振器表面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）（１０）であって、発光面（３０）と、そしてモノリシック長手方向スタック構造体とを具備し、前記モノリシック長手方向スタック構造体が、前記作動波長にある光に対する光反射率Ｒ１を持つ第１のミラー（１４）と、前記作動波長にある光に対する光反射率Ｒ２を持つ第２のミラー（１６）で、前記Ｒ１及びＲ２が、一方が９９．９％よりも大きく、他方が９９．７％よりも小さい異なる値をそれぞれに持つことを特徴とする第２のミラー（１６）と、そして前記第１のミラー（１４）及び前記第２のミラー（１６）の間に配置され、活性光生成領域（１９）及び空洞延長領域（２６）を有する空洞領域（１２）とを備え、前記長手方向スタック構造体が、更にイオン注入された電流閉じ込め領域（２８）を有し、前記電流閉じ込め領域（２８）の長手方向ピーク注入濃度部が、前記空洞領域（１２）から長手方向に０．５μｍよりも長い距離、離間していることを特徴とする垂直共振器表面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）を提供する。
【００３７】
好ましくは、前記発光面（３０）上に配置され、開口を画定する金属接触（３４）を更に具備し、前記イオン注入された電流閉じ込め領域（２８）が前記金属接触による前記開口よりも大きい電流注入開口（３２）を画定する。
【００３８】
好ましくは、空洞延長領域（２６）が、前記作動周波数の２倍よりも大きい長手方向の光学的厚さを持っている。
【００３９】
好ましくは、前記空洞延長領域（２６）の前記長手方向の光学的厚さが、前記作動周波数の約２０倍よりも小さい。
【００４０】
好ましくは、前記第１及び第２のミラー（１４、１６）の各々が、前記作動波長の４分の１に実質的に等しい長手方向の光学的厚さを持つ、異なる屈折率を持つ材料の層を交互に配したスタックを個々に含んでおり、前記空洞延長領域（２６）を除く前記空洞領域（１２）が、前記作動波長に実質的に等しい長手方向の光学的厚さを持っていることを特徴とする請求項１に記載のＶＣＳＥＬ。
【００４１】
好ましくは、前記空洞延長領域（２６）が前記第１及び第２のミラー（１４、１６）の前記交互の層のうちの１つに隣接している。
【００４２】
好ましくは、前記空洞延長領域（２６）が前記作動波長の２分の１の整数倍に実質的に等しい長手方向の光学的厚さを持っている。
【００４３】
好ましくは、前記空洞延長領域（２６）が前記第２のミラー（１６）に隣接して設けられており、前記第２のミラー・スタックの前記異なる屈折率を持つ材料の１つと同じ組成を持つものである。
【００４４】
好ましくは、前記イオン注入された電流閉じ込め領域（２８）が、長手方向の散在部（ΔＺｓ）により特性付けられるものであり、そして前記長手方向ピーク注入濃度部が、前記空洞領域から前記長手方向の散在部（ΔＺｓ）の３倍よりも長い長手方向距離、離間している。
【００４５】
更に、本発明は、垂直共振器表面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）（１０）を製造する為の方法において、第１の発光面（３０）とモノリシック長手方向スタック構造体を形成するステップであって、前記モノリシック長手方向構造体が、前記作動波長にある光に対する光反射率Ｒ１を持つ第１のミラー（１４）と、前記作動波長にある光に対する光反射率Ｒ２を持つ第２のミラー（１６）で、前記Ｒ１及びＲ２が、一方が９９．９％よりも大きく、他方が９９．７％よりも小さいそれぞれの異なる値を持つことを特徴とする第２のミラー（１６）と、前記第１のミラー（１４）及び前記第２のミラー（１６）の間に配置され、活性光生成領域（１９）及び空洞延長領域（２６）を有する空洞領域（１２）とを備えるステップと、前記空洞領域（１２）から０．５μｍよりも長い長手方向距離、離間した長手方向ピーク注入濃度部分により特性付けられる電流閉じ込め領域（２８）へとイオン注入するステップとを有する方法を提供する。
【００４６】
以上のように、本発明の好適となる実施形態について説明したが、これはあくまでも例示的なものであって、当業者によって更に様々な変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】電流注入開口を画定するイオン注入領域と第１及び第２のミラーの間に配置された空洞領域を含む利得導波型ＶＣＳＥＬの断面図である。
【図２】図１に示したＶＣＳＥＬの一実施例における注入濃度を空洞領域からの距離を関数としてプロットしたグラフである。
【図３】第１の部分が第１のミラーに隣接し、第２の部分が第２のミラーに隣接する空洞延長領域を含む他の利得導波型ＶＣＳＥＬの断面図である。
【図４】図１のＶＣＳＥＬの異なる実施例において、光の光学パワー（ＬＯＰ）と電圧（Ｖ）を順方向注入電流（Ｃｕｒｒｅｎｔ）の関数としてプロットしたグラフである。
【図５】図１のＶＣＳＥＬの一実施例におけるサイドモード抑圧比をバイアス電流の関数としてプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１０  垂直共振器表面発光レーザー
１２  空洞領域
１４  第１のミラー
１６  第２のミラー
１９  活性光生成領域
２６  空洞延長領域
２８  イオン注入された電流閉じ込め領域
３０  発光面
３２  電流注入開口
３４  金属接触
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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